文档介绍：钢桥疲劳问题分析Fatigue Problems in Steel Bridge Structures
LOGO
1
精选ppt
焊接钢结构的疲劳分析
焊接钢结构的优点
焊接接头工作效能较高
接头系数＝（接件横截面积的变化使这些部位的应力应变增大，在高周疲劳范围，缺口应力对于裂纹萌生和裂纹扩展的初始阶段虽不是唯一的影响因素，但往往是决定性因素。在焊接结构中若焊接外形导致尖锐缺口则不仅降低整个结构的强度，而且更为重要的是将引起强烈的应力集中。应力集中部位是结构的疲劳薄弱环节，控制结构的疲劳寿命。
15
精选ppt
焊接残余应力的影响
焊接残余应力对疲劳强度的影响比较复杂。一般而言，焊接残余应力与疲劳荷载相叠加，如果是压缩残余应力，就降低原来的平均应力，其效果变现为提高疲劳强度。反之若是残余拉应力，就提高原来的平均应力，因此降低焊接构件的疲劳强度。由于焊接构件中的拉、压残余应力是同时存在的，因此其疲劳强度分析要考虑拉伸残余应力的作用。
残余应力对应力循环的作用
16
精选ppt
若焊接残余应力与疲劳荷载叠加后在材料表面形成压缩应力，则有利于提高构件的疲劳强度。焊接残余应力与疲劳荷载叠加后在材料表面形成拉伸应力，则不利于构件的疲劳强度。
残余应力及其对疲劳强度的影响
17
精选ppt
残余应力在交变荷载的作用过程中会逐渐衰减，这是因为在循环应力的条件下材料的屈服点比单调应力低，容易产生屈服和应力重分布，使原来的残余应力峰值减小并趋于均匀化，残余应力的影响也就随之减弱。
在高温环境下，焊接的残余应力会发生松弛，材料的组织性能也会变化，这些因素的交叉作用，使得残余应力的影响常常可以忽略。但在这种情况下，应注意温度变化引起的热应力疲劳所产生的影响。
18
精选ppt
焊接缺陷的影响
焊接缺陷对疲劳强度的影响是与缺陷的种类、尺寸、方向和位置有关的。即使缺陷率相同，片状缺陷（如裂纹、未熔合、未焊透等）比带圆角的缺陷（如气孔等）的影响大；表面缺陷比内部缺陷的影响大；与作用力表面垂直的片状缺陷比其他方向的影响大；位于残余拉应力场内的缺陷比残余压应力场内的影响大；位于应力集中区的缺陷（如焊趾处裂纹）比均匀应力区的缺陷大。
右图为未焊透对低碳钢对接接头疲劳强度的影响，随着缺陷严重程度的增加，焊接接头的疲劳强度显著降低。
未焊透对低碳钢对接接头疲劳强度的影响
19
精选ppt
焊接接头组织性能对疲劳强度的影响
在常温和空气介质条件下的疲劳试验研究表明，基本材料的疲劳强度与抗拉强度之间有比较好的相关性。例如，对于抗拉强度小于1400MPa的碳钢和合金钢，光滑试样的疲劳极限σ-1与抗拉强度σb之间的关系可表示为：
但焊接接头的组织性能具有很大的不均匀性，疲劳断裂发生在疲劳损伤集中的部位，即使是光滑试样，其断裂可能发生在母材，也可能发生在焊缝、熔合区或热影响区。因此，焊接接头的疲劳强度与母材本身的抗拉强度不存在类似上式的关系。
20
精选ppt
有关试验结果表明，抗拉强度在438MPa-753MPa之间的钢材焊接接头，疲劳寿命大于105时的疲劳强度无显著差异，只有疲劳寿命小于105时，高强材料接头的疲劳强度高于低强材料接头的疲劳强度。一般而言，钢焊接接头接近焊缝区组织性能的变化对对接的疲劳强度影响较小。因此，在焊接钢结构疲劳设计规范中，对于相同的构造细节，不同强度等级的钢材均采用相同的疲劳设计曲线。
疲劳强度与材料抗拉强度的关系
21
精选ppt
尺寸的影响
人们在疲劳强度试验中早就注意到了试样尺寸越大疲劳强度就越低这一现象。标准试样的直径通常在6mm-10mm，它通常比实际零部件的尺寸小，因此疲劳尺寸系数在疲劳分析中必须加以考虑。
导致大小试样疲劳强度有差别的主要原因有两个方面：
对处于均匀应力场的试样，大尺寸试样比小尺寸试样含有更多的疲劳损伤源；
对处于非均匀应力场中的试样，大尺寸试样疲劳损伤区中的应力比小尺寸试样更加严重。
焊接构件的厚度对焊趾应力集中有较大的影响，如右图
板厚对焊趾区应力集中因数的影响
22
精选ppt
右图所示为板厚对角焊缝焊趾区应力梯度的影响。在同样裂纹深度和峰值应力的条件下，虽然薄板的应力梯度大于厚板的应力梯度，但是，在裂纹深处的应力存在较大差异，由此造成的裂纹在厚板中更容易扩展。
在评定焊接构件的疲劳强度时，不可能对所有厚度的结构都进行疲劳试验，通常都是根据已知厚度构件的疲劳强度推算其他厚度构件的疲劳强度。例如，当应用S-N曲线进行疲劳评定时，若已知厚度为t0构件的疲劳强度为S0，拟评定的构件厚度为t，其疲劳强度S可表示为：
式中，